UNIVERSITE HASSAN II-MOHAMMEDIA FACULTE DES SCIENCES BEN M’Sik Pr. Saïd BENMOKHTAR 2005 - 2006 1 Plan 2 Rayonnements 1ère PARTIE Généralités: Rayonnements On appelle rayonnement toute propagation d’énergie dans l’espace sous forme d’ondes ou de particules Rayonnement corpusculaire Rayonnement électromagnétique Il est constitué par: Des corpuscules de masse m, Animés d’une vitesse v Ec = ½ mV2 Un champ magnétique de De longueur d’onde Dualité onde/corpuscule λ = h/mV De vitesse E = hν ν λ c 3 Rayonnements Définition du rayonnement électromagnétique (Caloz 1992): une énergie qui se propage dans l’espace et qui interagit avec la matière ; cette énergie est constituée d’ondes transversales indissociables. Distance entre 2 points Champ électrique Champ magnétique homologues successifs E λ Longueur d’onde B Fréquence Le nombre de cycles par seconde 4 passant par un point fixe Rayonnements Le rayonnement électromagnétique se caractérise par : la période qui est le temps T pendant lequel l’onde effectue une oscillation complète la fréquence ν est l’inverse de la période (1/T) la longueur d’onde λ qui est la distance entre deux points homologues sur l’onde la vitesse v de propagation de l’onde dans l’espace : dans le vide, c = 3.108 m/s 5 Rayonnements Classification des rayonnements EM Spectre électromagnétique 10 22 10 20 14 10 10 10 10 5 50 Hz fréquence (Hz) Basse énergie Haute énergie Ephoton = hν rayonnements ionisants 107 λ0 = c/ν rayonnements non ionisants 13.6 10 -6 10 -11 6 énergie des photons (eV) Rayons X Historique : La découverte 1895 : Wilhelm Conrad Röntgen Le tube de Crookes Main (baguée) de Mme Röntgen 7 Rayons X PRODUCTION DES RAYONS X Tube à rayons X Filament en tungstène Anode Cathode é Vide 10-6 torr RX 8 Rayons X Tube à rayons X 9 Rayons X Variation du rayonnement en fonction de l’intensité appliquée à la cathode 10 Rayons X Spectre d’un tube à rayons X 11 Rayons X un fond continu de rayonnement quand l'électron incident est dévié par la masse du noyau de l'atome cible, créant ainsi un photon X dont l'énergie n'est pas déterminée par la nature du matériau. Rayonnement de freinage (Bremsstrahlung) Ephoton = hν 12 Rayons X Selon l’énergie cinétique initiale de l’électron l’énergie du photon sera celle d’un : RX rayonnement X rayonnement gamma α β γ é é 13 Rayons X Pouvoir pénétrant des rayonnement papier plastique plomb béton Alpha beta Rayonnement γ ou RX Neutron 14 Rayons X Le spectre de raie les raies caractéristiques permettent de caractériser les éléments et leurs composés. RX é 15 é E Rayons X RX N E N M M Lβ Lα L Kβ K Kα L RX 16 K Rayons X Kβ Kα Lα Fond Continu 17 Rayons X Diagramme des transitions possibles pour un électron Règles de sélection : Cas de Cu (Z = 29) j =+2 MV 3d 1) Δn > 0 M 3d M IV l=2 j =+1 l=1 j = 0 MIII n=3 3p 2) Δl = ±1 l=0 j =-1 M II 3p j =-2 MI 3s 3) ΔJ = 0, ±1 (J = L + S) j =+1 L 2p L III l=1 j = 0 2p LII n=2 l=0 j =-1 LI 2s K n=1 n0 Kβ1 Kβ2 l=0 j=0 0 l n-1 -l j +l Kα2 Kα1 1s 18 Rayons X I Kβ Lα Kα Fond Continu 1,392 1,540 1,544 Kβ Kα1 Kα2 λKα(Å) = (2 λKα1 + λKα2)/ 3 λ(Å) 19 Rayons X Filtrage I0(λ0) I(λ0) = I0exp(μρ x ) ρ Loi de Beer-Lamb x Kβ μm = CZ3λ3 er Kα λβ < λK(Filtre) < λα 20 Caractérisation structurelle par diffraction des RX Les rayons X sont des ondes Rayons Gamma 0,01nm Rayons X 1nm UV 100nm Infrarouge 1mm 1cm Onde radio 1m 1km Radiocristallographie: 0,5 < λ < 2,5Å Rayons X mous Même ordre de grandeur qu’une distance interatomique Adaptée à l’étude des structures moléculaires Radiographie ( application médicales) : 0,1 < λ < 1Å Rayons X durs Plus pénétrants 21 Caractérisation structurelle par diffraction des RX Le cristal est un arrangement périodique d’atomes d d Distances inter réticulaires Plans réticulaires 22 Caractérisation structurelle par diffraction des RX Faisceau incident Faisceau diffracté θ d d θ θθ dsinθ Différence de marche dsinθ 2dsinθ Relation de Bragg 2d×sin θ = n×λ 23 Caractérisation structurelle par diffraction des RX Rayonnement monochromatique Rayonnement monochromatique Ensemble de cristallites (toutes orientations possibles) Rayonnement polychromatique 24 Caractérisation structurelle par diffraction des RX Technique expérimentale de préparation de poudre Oxyde TiO2 CaO Mélange Frittage Pastille à 900°C Échantillon Caractérisation DRX Porte échantillon 25 Caractérisation structurelle par diffraction des RX Film photographique Cônes de diffraction Faisceau incident 26 Caractérisation structurelle par diffraction des RX RX Δ1 Δ 2 Δ3 C = 360mm R = 57,29 mm Δ= 4Rθ θ = Δ/4R d 2sin 27 Caractérisation structurelle par diffraction des RX Anticathode Tube de RX Fente de divergence Filtres échantillon θ Porte échantillon Détecteur Détecteur 2θ θ θ Chemin optique Diffractomètre Diffractomètre 28 Caractérisation structurelle par diffraction des RX Le pilotage à partir d’un micro-ordinateur Le générateur de rayons X 29 Caractérisation structurelle par diffraction des RX Méthode des poudres Intensité La diffusion élastique des rayons X étudiée par diffractomètre à poudre apporte des informations sur tout les types de structures atomiques. La figure de diffraction d'un cristal forme des pics discrets, rendant possible la détermination directe de la position des atomes. 2 30θ Caractérisation structurelle par diffraction des RX Film est remplacé par un détecteur de RX, utilisation d’un diffractomètre pour poudres 31 Caractérisation structurelle par diffraction des RX Temps de pose très long Développement du film Dépouillement du cliché automatisé échantillon plan horizontal (réflexion) vertical (transmission) 32 Caractérisation structurelle par diffraction des RX 33 34 35 36
